中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石英中雜質(zhì)的賦存狀態(tài)可分為三類：脈石礦物類雜質(zhì)、氣液包裹體雜質(zhì)、類質(zhì)同象同類雜質(zhì)，其中包裹體是包裹在石英礦內(nèi)部的某些固體礦物或氣液雜質(zhì)，是制約高純石英產(chǎn)品制備的關(guān)鍵性因素之一。如果在石英晶體中包裹體大量存在，那么它們會(huì)對(duì)石英原材料的化學(xué)純度和質(zhì)量有很大的影響。
流體包裹體：制約高純石英制備的關(guān)鍵因素之一
高純石英原料的質(zhì)量及加工難度受礦物包裹體及流體包裹體的影響，因此需進(jìn)一步對(duì)原料中包裹體的數(shù)量、大小、分布狀態(tài)成分組成、形態(tài)形貌等特征進(jìn)行研究。天然石英中礦物包裹體最普遍的有白云母、綠簾石、透閃石、長(zhǎng)石、金紅石、陽(yáng)起石，其次是赤鐵礦、方解石等。流體包裹體直徑一般為微米級(jí)，體積較小，在形成過(guò)程中所捕獲的流體屬過(guò)飽和溶液，當(dāng)溫度降低時(shí)會(huì)從溶液中結(jié)晶形成包括石鹽、鉀鹽以及一些硅酸鹽礦物的子礦物，因此含有Na、K、Ca等，Na、K、Ca和Cl通常也是主要污染源。雖然經(jīng)過(guò)高溫煅燒、反復(fù)強(qiáng)化混合酸浸、堿浸、熱壓浸出后能顯著降低雜質(zhì)含量，但普遍含有大量流體包裹體的石英很難被加工為高純石英。
石英礦物中存在大量流體包裹體，根據(jù)其成因可分為原生包裹體、假次生包裹體、次生包裹體三類。原生包裹體是伴隨著石英晶體的生長(zhǎng)而形成的，存在于石英晶體的結(jié)晶面，因此最難脫除；假次生包裹體是石英晶體生長(zhǎng)過(guò)程中受應(yīng)力作用產(chǎn)生裂紋，生長(zhǎng)晶體的流體介質(zhì)自然地進(jìn)入其中，并被繼續(xù)生長(zhǎng)的主礦物晶體圈閉而形成的包裹體；次生包裹體是石英晶體結(jié)晶后形成，主要分布在石英顆粒的裂縫中，因此相對(duì)較容易脫除。
流體包裹體的去除方法
破碎與磨礦工藝
破碎與磨礦工藝是暴露、去除流體包裹體的常見(jiàn)方法。它能夠一定程度上選擇性暴露次生、假次生流體包裹體，利用浮選直接分離整個(gè)石英顆粒，或利用水/酸浸出分離表面雜質(zhì)。但這些工藝對(duì)高品質(zhì)石英中微小原生包裹體的選擇性低。
高溫焙燒法
在高溫焙燒過(guò)程中，隨著溫度的升高，石英會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，同時(shí)伴隨體積的變化，從而導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力加大，使石英產(chǎn)生裂紋。在高溫焙燒過(guò)程中流體包裹體的內(nèi)外壓力失衡會(huì)導(dǎo)致其爆裂，并在石英的表面產(chǎn)生裂紋，有利于降低酸浸體系中組員擴(kuò)散阻力，從而強(qiáng)化去除石英中的流體包裹體中雜質(zhì)。
微波加熱法
微波可對(duì)不同的物質(zhì)進(jìn)行選擇性加熱，加熱速度快且均勻，近些年來(lái)，微波工藝廣泛應(yīng)用于礦物加工過(guò)程中。最早在美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家開(kāi)始研究，我國(guó)起步較晚，于20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究，并取得了一定的進(jìn)展。由于微波具有選擇性加熱的特點(diǎn)，在微波焙燒過(guò)程中，石英中的氣液包裹體可以迅速加熱，從而破裂，達(dá)到去除的效果，進(jìn)而降低焙燒的時(shí)間。
冷或熱爆裂法
冷或熱爆裂法是通過(guò)加熱石英晶體，使其處于高溫的條件下，則石英晶體與其中的氣液包裹體界面將會(huì)產(chǎn)生極大的壓力差。這極大壓力差將會(huì)使石英晶體內(nèi)的氣液包裹體炸裂，從而使石英晶體內(nèi)的氣液包裹體達(dá)到去除的效果。
微波輔助加溫爆裂法
微波輔助加溫爆裂技術(shù)也是近年來(lái)興起的新型流體包裹體分離技術(shù)。微波輔助加溫爆裂技術(shù)實(shí)質(zhì)上是改變了體熱源，利用微波選擇性地加熱流體包裹體，實(shí)現(xiàn)流體包裹體的爆裂。需要注意的是，微波輔助加溫對(duì)Si-O-Si鍵的削弱有限，對(duì)次生、假次生流體包裹體的分離可能有效，對(duì)高品質(zhì)石英中微小原生包裹體的分離效果還需持續(xù)關(guān)注。
酸蝕法
酸蝕法是利用熱爆裂法或機(jī)械破碎法將硅石礦分解成小顆粒的石英砂，再利用強(qiáng)酸（硫酸、鹽酸、氫氟酸、草酸等）剔除石英砂中的金屬氧化物雜質(zhì)（如Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO等）以及黏附在雜質(zhì)表面的氣液包裹體的方法。高溫煅燒后水淬可使石英顆粒表面形成裂縫，且縫隙集中分布在富含雜質(zhì)的晶界部位，酸蝕時(shí)酸液可浸入到縫隙等應(yīng)力集中處，進(jìn)入顆粒內(nèi)部將雜質(zhì)相溶解，同時(shí)達(dá)到去除部分氣液包裹體的目的。
酸蝕法的優(yōu)點(diǎn)是在剔除石英砂中金屬雜質(zhì)粒子的同時(shí)可間接清除大量氣液包裹體，無(wú)需其他投入。但制備高純石英玻璃所需的石英砂，酸蝕法只能清除砂料表面的氣液包裹體，無(wú)法滲入其內(nèi)部，因而對(duì)氣液包裹體的剔除效果仍不太理想。而且酸蝕過(guò)程中使用的是無(wú)機(jī)強(qiáng)酸，廢液治理難，對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染嚴(yán)重。
高溫氯化脫氣法
高溫氯化脫氣法是將石英砂加熱到1000~1200℃并向其通入Cl2和HCl混合氣體，在高溫條件下使Cl2和雜質(zhì)離子發(fā)生反應(yīng)，生成的氣態(tài)鹽類從石英晶體微裂紋處排出，從而達(dá)到提純的效果。
高溫氯化脫氣法對(duì)氣液包裹體的去除是有一定的效果的，然而一些金屬氧化物的氯化機(jī)理還是很復(fù)雜，特別是高溫氯化的起始溫度還是個(gè)難題。美國(guó)的尤尼明公司就是主要采用此技術(shù)生產(chǎn)高純石英砂，在這項(xiàng)技術(shù)上尤尼明公司一直處于國(guó)際領(lǐng)先的地位。
酸堿差異腐蝕法
酸堿差異腐蝕法是通過(guò)石英晶體與氣液包裹體在酸和堿的腐蝕下有著不同的腐蝕速率，從而使其去除氣液包裹體。研究人員通過(guò)研究證明，酸堿差異腐蝕對(duì)氣液包裹體是有效果的，但是作用也是有一定限度的。
小結(jié)
石英礦中普遍含有氣液包裹體，伴隨著石英晶體生長(zhǎng)機(jī)制和周?chē)橘|(zhì)濃度發(fā)生變化，微量的固、液、氣三相與石英晶面的生長(zhǎng)作用力相互影響，差異性變化將H2、O2、N2、CO、CO2等捕獲包裹在石英晶體中形成包裹體。氣液包裹體的存在一方面是微量雜質(zhì)的主要來(lái)源，一方面也改變石英原料的熔融性，是石英玻璃產(chǎn)生氣泡的主要原因。
因此，在選擇高純石英原料時(shí)，應(yīng)開(kāi)展系統(tǒng)的流體包裹體分布規(guī)律研究，選擇流體包裹體含量極少或無(wú)流體包裹體的石英作為高純石英原料，或聯(lián)合多種工藝方法進(jìn)一步剔除石英礦中的流體包裹體。
參考來(lái)源：
林敏等.高純石英(SiO2)評(píng)述（三）：流體包裹體的分析、活化與分離。
張洪武.石英礦中Al/Fe氣液包裹體強(qiáng)化去除制備高純石英砂實(shí)驗(yàn)研究
侯清麟等.石英砂結(jié)構(gòu)組成性雜質(zhì)剔除技術(shù)現(xiàn)狀
侯清麟等.剔除硅石礦中氣液包裹體方法的研究
王云月等.高純石英原料特征和礦床成因研究現(xiàn)狀綜述
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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